[实用新型]一种氢燃料电池电堆内部破损泄漏的检测装置

说明书

本实用新型公开了一种氢燃料电池电堆内部破损泄漏的检测装置。首先，分别采集燃料电池电堆出口氢气和空气的压力，调节空压机的工作状态，确保电堆内部氢气压力相对高于空气压力。当氢燃料电池发生电堆内部破损泄漏的之后，氢气会在压差作用下向空气侧泄漏，部分氢气会随着空气一起从空气流道排出到电堆外。然后在电堆空气出口处加装一个气体分离器，利用氢气密度比空气小很多的特点，将氢气从空气中分离出来。当空气内包含泄漏氢气时，氢气会在气体分离器上部堆积。在气体分离器上部加装一个氢气浓度传感器，当氢气浓度高于设定值时，传感器发送报警信号，让控制器及时关闭电堆，从而达到故障检测并且安全关闭的目的。

技术领域

本实用新型涉及燃料电池技术领域，尤其是涉及一种质子交换膜类的氢燃料电池电堆内部破损泄漏的检测装置。

背景技术

根据氢/空质子交换膜燃料电池的工作机理，电堆工作时内部长时间处于高温、高压、潮湿、酸性等相对恶劣的环境。这会加速燃料电池内部各个部件的侵蚀老化。因而，燃料电池在经过长时间运行之后，有可能出现电堆内部破损，包括极板的腐蚀破裂，膜片破损以及密封圈老化失效等故障。一旦出现类似故障，氢气与空气会在单侧流道内发生混合泄漏。当氢气浓度达到一定临界值时，在催化剂作用下，将会导致氢气发生剧烈反应甚至爆炸的危险。

然而，氢燃料电池电堆完成成组安装后，由于密封、压紧等工艺要求一般无法再进行拆分检测。这就给这一类的故障检测提出了很高的要求。很多时候，电堆的内部破损是在电堆工作的过程中发生的。这就需要燃料电池控制系统对这一类故障进行实时检测，以便对燃料电池进行及时关停。但是，在电堆内部发生破损泄漏初期，泄漏点通常较小，一般的检测方法很难检测出来。因而及时、有效的电堆内部破损泄漏的检测装置，对于燃料电池系统的安全运行是至关重要的。

发明内容

本实用新型主要是解决现有技术所存在的缺乏对氢气微量泄漏进行有效检测的方法的技术问题，提供一种简单、快速、灵敏度和准确度高的氢燃料电池电堆内部破损泄漏的检测装置。

本实用新型针对上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种氢燃料电池电堆内部破损泄漏的检测装置，其特征在于，包括燃料电池控制器、氢气压力传感器、空气压力传感器和气体分离装置，所述氢气压力传感器设置在氢燃料电池电堆的氢气出口处，空气压力传感器设置在氢燃料电池电堆的空气出口处；氢气压力传感器和空气压力传感器都与燃料电池控制器电连接，燃料电池与空压机和电堆控制器电连接；气体分离装置内部为空腔，气体分离装置的入口连接氢燃料电池电堆的空气出口，气体分离装置的入口设置在侧壁的中部，气体分离装置的出口设置在装置底板上，气体分离装置的顶部设有氢气浓度传感器，所述氢气浓度传感器连接燃料电池控制器。

作为优选，所述气体分离装置上部为锥形或台形(例如圆锥或圆台)，氢气浓度传感器安装在锥形或台形的顶部。

锥形或台形空腔更利于氢气的富集，提高装置的检测灵敏度。

作为优选，所述锥形或台形的顶部设有排气阀。

当电堆停止并报警以后，可以通过打开排气阀来释放气体分离装置中的氢气。

作为优选，所述气体分离装置内部设有若干块扰流板，扰流板与气体分离装置的入口垂直并且中部开有通孔，相邻的两块扰流板的通孔保持错位，即相邻两块扰流板的通孔不在同一直线上。

从入口进入气体分离装置的空气冲击到扰流板上，空气流速放缓，有足够的时间让氢气从空气中分离并聚集到顶部。

本装置的检测方法包括以下步骤：

S01、氢气压力传感器采集燃料电池电堆氢气出口压力P₁；空气压力传感器采集燃料电池电堆空气出口压力P₂；